1 引言(Introduction)
过硫酸盐氧化技术是近年来新兴的一种高级氧化技术.过硫酸盐本身在室温下氧化能力有限, 但在一定的条件下可以活化生成强氧化性的硫酸根自由基, 通过电子转移等反应实现难降解污染物的氧化去除.与基于羟基自由基的高级氧化技术相比, 活化过硫酸盐氧化技术受pH影响较小, 原料和自由基都具有良好的稳定性, 且价格低廉, 在废水、地下水及土壤中有机污染物的治理方面具有广阔的应用前景.研究表明, 光、热和过渡金属离子等都可以活化过硫酸盐产生硫酸根自由基(Liu et al., 2016;Nie et al., 2014;Epold et al., 2015).但光、热等活化方式需外加能量, 过渡金属离子活化可在常温常压下实现, 但反应后体系内往往存在较高浓度的金属离子, 需通过沉淀等方式进一步去除, 增加了处理成本, 且存在二次污染的风险.
活性炭(AC)是一种常见的吸附剂, 在水处理领域应用广泛.近年来, 有研究发现, 活性炭可以活化过硫酸盐用于有机污染物的降解(Liang et al., 2009).与其它过硫酸盐活化剂相比, 活性炭性质稳定, 反应无需外加能量, 也无金属离子引入.Yang等(2011)选用商业颗粒活性炭活化过硫酸盐降解染料酸性橙7;孙延花(2012)采用椰壳活性炭活化过硫酸盐降解染料橙黄G;刘子乐等(2017)采用硝酸氧化联合高温处理对活性炭进行表面改性, 并将其用于活化过硫酸盐降解苯酚.相关研究均选择单一的活性炭-目标物质体系, 事实上, 活性炭可以由多种原料在不同条件下制备而成, 不同活性炭的物理化学性质差异显著, 因此, 其活化过硫酸盐的性能可能会出现差别.辨析这种差别并探明相关机理及规律, 可以极大地促进活性炭活化过硫酸盐技术的推广和应用.
因此, 本研究选取3种商业活性炭(煤质活性炭、木质活性炭和椰壳活性炭)作为过硫酸盐活化剂, 以偶氮染料橙黄G作为目标有机物, 通过动力学实验研究不同活性炭对过硫酸盐的活化效能及活化机理, 考察氯化钠和碳酸钠对活性炭/过硫酸盐体系的影响, 以期为活性炭在过硫酸盐氧化技术中的推广和应用提供科学依据与技术支撑.
2 材料与方法(Materials and methods)2.1 实验材料
煤质活性炭F400D(Flitrasorb 400D)购自美国Calgon公司, 木质活性炭Norit(Norit C CRAN)购自荷兰Norit公司, 椰壳活性炭Youshi购自宁波优适活性炭厂, 3种活性炭均研磨过100目筛后备用.
过硫酸钠(PS)、氯化钠和碳酸钠购自南京化学试剂有限公司, 甲醇购自德国默克公司, 橙黄G购自国药集团化学试剂有限公司, 其结构如图 1所示.
图 1
图 1橙黄G的化学结构
2.2 实验方法2.2.1 活性炭的物化性质表征
采用美国康塔公司的Autosorb iQ比表面积与孔径分析仪对活性炭的孔径结构进行分析.在77 K条件下测得活性炭对氮气的吸附-脱附等温线, 由BET法计算总比表面积(SBET), 采用密度函数理论计算孔径分布, 利用系统软件计算总孔容(Vt)和平均孔径(AP), 由t-plot法计算微孔比表面积(Smic)和